JP4679912B2 - パターン形成装置、ヘッドユニット装置、ヘッドユニット制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、表示装置におけるカラーフィルタ等のパターンを形成するパターン形成装置等に関する。より詳細には、インクジェット方式等によりパターンを形成するパターン形成装置等に関する。

従来、基板上に液晶ディスプレイにおけるカラーフィルタのパターンを形成する方法として、染色法、顔料分散法、電着法、印刷法等の各種方法がある。
しかしながら、上記の方法はいずれもＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色について同一工程を繰り返す必要があるので、コスト、歩留まり等の面で問題点がある。

そこで、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色のインクをインクジェット方式により基板上に吐出して着色層パターンを形成するパターン形成装置が提案されている（例えば、［特許文献１］参照。）。
このインクジェット方式によれば、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色のパターン形成を一度の工程により行い、製造工程を簡素化することができるので、コストの低減、歩留まりの向上等を図ることができる。

図７及び図８は、従来のインクジェット方式のパターン形成装置におけるインクジェットヘッドの配置及び位置決め方法を示す図である。
図７に示すように、塗布幅（Ｙ方向）を拡大するためにインクジェットヘッドを複数配列する場合、千鳥足状に配列する方法が一般的である。この場合、例えば、複数のインクジェットヘッド５０１は、平行する２つの直線状に交互に配列される。ノズル孔５０２は、インクジェットヘッド５０１の左右端部には設けられないので、塗布方向（Ｘ方向）から見てノズル孔の全配列において空白部分が生じないようにするために交互に配列される。この従来のパターン形成装置は、各インクジェットヘッド５０１について、Ｙ方向の調整機構５０４及びθ方向の調整機構５０５とを備える。

図８に示すように、従来のインクジェット方式のパターン形成装置は、パターン間ピッチが変更された場合、各インクジェットヘッド５０１をＹ方向（ｙ１、ｙ２、ｙ３、…）及びθ方向（φ）について調整し、ノズル孔５０２の位置を塗布対象である基板上の所定のパターン５０３の位置に調整する。

また、近年、基板に用いられるガラスは、厚さが薄くなると共に、生産性を向上させるため、ガラスサイズが大型化しており、例えば、厚さ１ｍｍ以下、１５００ｍｍ×１８００ｍｍ（Ｇ６）、１９００ｍｍ×２２００ｍｍ（Ｇ７）等のサイズのものが用いられる。

特開２００２−３６１８５２号公報

しかしながら、加工対象たる基板の大型化に伴い、塗布幅の拡大、変更に対応するためには、インクジェットヘッドを大規模化したりインクジェットヘッド数を増加する必要があるが、この場合、上記Ｙ方向及びθ方向の調整機構（旋回用及び列方向移動用のアクチュエータ）はインクジェットヘッド毎に個別に設ける必要があるので、調整機構の大規模化あるいは増設等を行う必要が生じてコスト的負担、維持管理負担等が増大するという問題点がある。また、各インクジェットヘッドに対する制御も困難かつ複雑化するという問題点がある。

本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、調整機構及び制御機構を簡素化すると共にパターン形成を高精度かつ効率的に行うことを可能とするパターン形成装置等を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために第１の発明は、基板に対してヘッドによる加工処理を行い、パターンを形成するパターン形成装置であって、スライド可能な少なくとも１つのヘッドが配置される、複数のヘッドユニットと、所定の方向に設けられる軸と、前記ヘッドユニット毎に設けられ前記軸に沿って移動する複数の移動部と、前記ヘッドを回転させる回転手段と、を具備し、前記軸の１つを前記複数のヘッドユニットにより共用することを特徴とするパターン形成装置である。

パターン形成装置は、インクジェット方式等によりカラーフィルタ等を製造する装置である。カラーフィルタは、ＬＣＤ（液晶ディスプレイパネル）、ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）、有機ＥＬ（ＥｌｅｃｔｒｏＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ Ｄｉｓｐｌａｙ）等の表示装置に用いられる。
ヘッドは、基板等にパターン形成を行う加工処理装置であり、インクジェットヘッド等である。
ヘッドユニットは、１または複数のヘッドが配置されたものである。

第１の発明のパターン形成装置では、所定の方向に設けられる１つの軸（スライドレール等）に対して、ヘッドユニットが複数設けられる。各ヘッドユニットは、ヘッドユニット毎に設けられる移動部（スライダ等）を介して、当該１つの軸に沿って移動する。すなわち、パターン形成装置は、複数のヘッドユニットにより１つの軸を共用する。
尚、軸方向移動機構（軸、移動部等）に関しては、スライド機構（スライドレール、スライダ（スライドブッシュ）等）、リニアモータ等を用いることができる。所定の方向は、例えば、塗布幅方向（Ｙ方向）等である。

また、各ヘッドユニットを個別に回転させる回転手段を設けてもよい。
回転手段は、回転機構であり、ダイレクトドライブモータ等を用いることができる。

第１の発明では、パターン形成装置は、１つの移動軸を複数のヘッドユニットにより共用するので、装置規模を大きくすることなく、位置決め精度等を維持しつつ、塗布幅の拡大、変更等に対応することができ、装置製作費用等のコスト的負担、維持管理負担、調整等に係る労力的負担等を軽減することができる。また、装置の占有スペースの増大を抑制することができる。さらに、複数のヘッドユニットを用いることにより、迅速な処理を図ることができる。従って、調整機構及び制御機構を簡素化すると共にパターン形成を高精度かつ効率的に行うことができる。

第２の発明は、基板に対して加工処理を行うヘッドが配置されるヘッドユニットを制御するヘッドユニット装置であって、スライド可能な少なくとも１つのヘッドが配置される、複数のヘッドユニットと、所定の方向に設けられる軸と、前記ヘッドユニット毎に設けられ前記軸に沿って移動する複数の移動部と、前記ヘッドを回転させる回転手段と、を具備し、前記軸の１つを前記複数のヘッドユニットにより共用することを特徴とするヘッドユニット装置である。

第２の発明は、第１の発明のパターン形成装置におけるヘッドユニットを制御するヘッドユニット装置に関する発明である。

第３の発明は、基板に対して加工処理を行うヘッドが配置されるヘッドユニットを制御するヘッドユニット制御方法であって、前記ヘッドユニット毎に設けられる複数の移動部を介して、スライド可能な少なくとも１つのヘッドが配置される、複数のヘッドユニットを所定の方向に設けられる軸に沿って移動させる移動ステップと、前記ヘッドを回転させる回転ステップと、を具備し、前記軸の１つを前記複数のヘッドユニットにより共用すること特徴とするヘッドユニット制御方法である。

第３の発明は、第１の発明及び第２の発明におけるヘッドユニットの制御方法に関する発明である。

本発明によれば、調整機構及び制御機構を簡素化すると共にパターン形成を高精度かつ効率的に行うことを可能とするパターン形成装置等を提供することができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明に係るパターン形成装置等の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明及び添付図面において、略同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略することにする。

最初に、図１を参照しながら、本発明の実施の形態に係るパターン形成装置１の構成について説明する。
図１は、パターン形成装置１の概略斜視図である。
尚、θ軸は鉛直方向回転軸を示し、θ方向はその回転方向を示す。Ｙ軸は塗布幅方向を示し、Ｘ軸は塗布方向を示し、θ軸、Ｙ軸、Ｘ軸は、互いに直角をなす。

図１に示すパターン形成装置１は、複数のヘッドユニット３−１、３−２、…、吸着テーブル１０１、Ｘ軸移動ステージ１０２、θ軸移動ステージ１０３、アライメントカメラ１０４等により構成される。

パターン形成装置１は、インクジェット方式によりカラーフィルタを製造する装置である。パターン形成装置１は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の三色の色素を含有するインクをインクジェット方式で光透過性の基板上に吐出し、各インクを乾燥させて着色画素部を形成し、当該基板上にカラーフィルタパターンを形成する。

ヘッドユニット装置２は、複数のヘッドユニット３−１、３−２、…等が１つのガントリ１９に設けられて構成される。また、複数のヘッドユニット３−１、３−２、…を設けたガントリ１９を複数設けるようにしてもよい。
ヘッドユニット３は、インクジェットヘッドを有し、基板に対してインクを吐出してパターン形成を行う。
尚、ヘッドユニット装置２、ヘッドユニット３については、後述する。

吸着テーブル１０１は、カラーフィルタパターンを形成する対象となる基板１０５（ガラス基板、フィルム基板等）を吸着して固定するテーブルである。基板の吸着は、例えば、吸着テーブルと基板との間の空気を減圧、真空にすることにより行われる。この場合、吸着テーブルには、空気を吸引するための小孔（図示しない）が設けられ、吸着の際には当該孔を通じて真空ポンプ（図示しない）等により空気の吸引が行われる。

Ｘ軸移動ステージ１０２は、直線移動ステージであり、例えば、ステップモータ、サーボモータ等の制御可能なモータによって所定の軸方向に移動可能に支持される。Ｘ軸移動ステージ１０２は、アライメント部（図示しない）が出力する制御量に基づいて、吸着テーブル１０１をＸ軸方向に移動する。

尚、Ｙ方向に関しては、吸着テーブル１０１側に、Ｘ軸移動ステージ１０２と同様の機構を有するＹ軸移動ステージ（図示しない。）を設けてもよいし、ヘッドユニット３側にＹ軸移動機構１７（スライダ１５、スライドレール１６等）を設けるようにしてもよい。

θ軸移動ステージ１０３は、回転ステージであり、例えば、ステップモータ、サーボモータ等の制御可能なモータによって所定の回転軸に回転自在に支持される。θ軸移動ステージ１０３は、アライメント部（図示しない）が出力する制御量に基づいて、吸着テーブル１０１を回転する。

アライメントカメラ１０４は、吸着テーブル１０１に吸着固定された基板１０５のθ方向角度及びＸＹ座標を検出するために、基板１０５の所定箇所（基板上に形成されるアライメントマーク（図示しない）等）を撮像するカメラである。アライメントカメラ１０４の撮像画像は、パターン形成装置１のアライメント部（図示しない）に入力される。
尚、アライメントカメラ１０４は、パターン形成装置１のフレーム（図示しない）に固定支持される。

アライメント部（図示しない）は、撮像画像に基づいて基板１０５のθ方向角度及びＸＹ座標を抽出する処理を行う。アライメント部（図示しない）は、抽出したデータを所定のデータと比較してそれらの偏差を算出し、偏差を小さくするように制御量を演算する。アライメント部（図示しない）は、Ｘ軸移動ステージ１０２、θ軸移動ステージ１０３、Ｙ軸移動ステージ、Ｙ軸移動機構等に対してそれぞれの制御量を出力して各ステージの位置制御を行う。このように、アライメント部（図示しない）は、アライメントカメラ１０４の撮像画像に基づいて、基板１０５が所定のθ方向角度、所定のＸＹ座標となるように制御する。

このように、パターン形成装置１は、Ｘ軸移動ステージ１０２、θ軸移動ステージ１０３、Ｙ軸移動ステージ、Ｙ軸移動機構等により、所定のＸＹ座標、所定のθ方向角度となるように、基板１０５の位置決めを行う。

次に、図２及び図３を参照しながら、ヘッドユニット装置２について説明する。
図２は、ヘッドユニット装置２のＸ方向正面図である。
図２に示すヘッドユニット装置２は、複数のヘッドユニット３−１、３−２、…が１つのガントリ１９に設けられて構成される。

ヘッドユニット３−１、３−２、…は、少なくとも１つの第１ヘッドユニット５を備え、Ｙ軸移動機構１７（スライダ１５、スライドレール１６等）を介して、定盤（図示しない）に固定されるガントリ１９に取り付けられる。
Ｙ軸移動機構１７による位置制御により、ヘッドユニット３−１、３−２、…のＹ方向の位置調整を行うことができる。
尚、Ｙ軸移動機構１７としては、汎用のものを用いることができ、例えば、リニアモータ、ＬＭガイド（ＴＨＫ株式会社製）等を用いることができる。

第１ヘッドユニット５は、少なくとも１つのヘッド７（インクジェットヘッド）が板状部材のバー９に設けられて構成される。
第１ヘッドユニット５は、板状部材のベース１１に取り付けられる。この場合、１または複数の第１ヘッドユニット５をベース１１に取り付けることができる。
ベース１１は、回転機構１３を介してスライダ１５に取り付けられる。。
尚、回転機構１３としては、ダイレクトドライブモータ等を用いることができる。

図３は、ヘッドユニット装置２のＹ軸移動機構１７の一態様を示す図である。
Ｙ軸移動機構１７は、種々の形態を採ることができるが、図３に示すＹ軸移動機構１７は、リニアモータ２１等により構成される。

リニアモータ２１は、コイル２３及びマグネットプレート２５等から構成される。コイル２３は、電流により生じる磁力により、マグネットプレート２５に沿って移動する。
コイル２３は、スライダ１５に設けられ、マグネットプレート２５は、スライドレール１６に沿って、ガントリ１９の側面に配置される。

リニアモータ２１を駆動させ、スライダ１５に設けられるコイル２３がマグネットプレート２５に沿って移動するのに伴い、ヘッドユニット３は、スライドレール１６に沿ってＹ方向に移動する。
スライダ１５側には、リニアスケールヘッド２７が設けられ、スライドレール１６側には、リニアスケール２９が設けられる。リニアスケールヘッド２７によりリニアスケール２９の目盛を読み取ることにより、ヘッドユニット３の移動量等を制御することができる。

ヘッドユニット装置２では、リニアモータ２１は、多頭化され、１つのマグネットプレート２５に対して複数のコイル２３が設けられる。また、各コイル２３について個別にスライダ１５及びヘッドユニット３が構成される。従って、ヘッドユニット装置２の複数のヘッドユニット３−１、３−２、…は、１つの移動軸（スライドレール１６等）を共用する。

このように、パターン形成装置１のヘッドユニット装置２は、１つの移動軸（スライドレール１６等）を複数のヘッドユニット３−１、３−２、…により共用するので、個々のヘッドユニット３の規模を大きくすることなく、位置決め精度等を維持しつつ、複数のヘッドユニット３−１、３−２、…を用いることにより塗布幅の拡大、変更等に対応することができる。
従って、パターン形成装置１のヘッドユニット装置２は、調整機構の大規模化あるいは増設等を行うことなく、加工対象の基板の大型化等に対応することができるので、装置製作費用等のコスト的負担、維持管理負担、調整等に係る労力的負担等を軽減することができる。また、装置の占有スペースの増大を抑制することができる。
尚、ヘッドユニット３を複数設けることに伴い、回転機構１３も複数設ける必要があるが、回転機構１３の増加による装置構成の全体的な規模は、大きくならない。むしろ、１つのヘッドユニットを複数のヘッドユニット３−１、３−２、…に分散することにより、各ヘッドユニット３−１、３−２、…が支持すべき重量が軽減され、各回転機構１３−１、１３−２、…の装置構成を簡素化することができる。

次に、図４を参照しながら、ヘッドユニット装置２による処理について説明する。
図４は、基板１０５におけるカラーフィルタ５１の面付けを示す図である。
図４に示すように、１枚の基板１０５に複数枚のカラーフィルタ５１を面付けする場合、複数のヘッドユニット３−１、３−２、…で分担してカラーフィルタ５１の加工処理を行うことができる。
１枚の基板１０５に４枚のカラーフィルタ５１−１〜カラーフィルタ５１−４を面付けする場合、ヘッドユニット装置２のヘッドユニット３−１は、カラーフィルタ５１−１、５１−２のパターニングを行い、ヘッドユニット装置２のヘッドユニット３−２は、カラーフィルタ５１−３、５１−４のパターニングを行うことができる。
従って、パターン形成装置１は、複数のヘッドユニット３−１、３−２、…が設けられたヘッドユニット装置２により、パターニングを迅速に行うことができる。

次に、図５及び図６を参照しながら、第１ヘッドユニット５の実施形態について説明する。
ヘッドユニット３に設ける第１ヘッドユニット５の数、色等に特段の制限はなく、１つあるいは複数であってもよい。
また、第１ヘッドユニット５に関しては、種々の形態を採ることができる。１つの第１ヘッドユニット５に設けるヘッド７の数、色、配置形態等については、特に限定されない。

図５は、第１ヘッドユニット５ｂの一態様を示す図である。
図５に示す第１ヘッドユニット５ｂは、複数の第２ヘッドユニット３１ｂを有する。第２ヘッドユニット３１ｂは、スライド機構（図示しないスライドブッシュ、スライドレール３５）を介してバー９に取り付けられ、バー９の長尺方向（Ｗ方向）を移動可能である。
第２ヘッドユニット３１ｂには、複数のヘッド７が位置決めブロック３３を介して隣接配置される。また、当て止め機構３７、押し付け機構３９を設けて、第２ヘッドユニット３１ｂのＷ方向についての位置調整を行うこともできる。

図６は、第１ヘッドユニット５ｃの一態様を示す図である。
図６に示す第１ヘッドユニット５ｃは、１つの第２ヘッドユニット３１ｃを有する。第２ヘッドユニット３１ｃは、スライド機構（図示しないスライドブッシュ、スライドレール３５）を介してバー９に取り付けられ、バー９の長尺方向（Ｗ方向）を移動可能である。
第２ヘッドユニット３１ｃでは、位置決めブロック３３が取り付けられた１つのヘッド７が配置される。また、当て止め機構３７、押し付け機構３９を設けて、第２ヘッドユニット３１ｃのＷ方向についての位置調整を行うこともできる。

尚、当て止め機構３７は、当て止めにより位置調整を行う機構である。当て止め位置の調整に関しては、スペーサとしての位置決めブロックをヘッド装着前に装着して、当て止め機構に設けられる調整機構（マイクロメータ等）により微調整を行うことができる。押し付け機構３９は、当て止め手段からの押圧力を受け止める機構であり、例えば、バネ機構等を用いることができる。
また、スライド機構に関しては、例えば、スライドレール、当該スライドレールに着脱可能なスライダ（スライドブッシュ）、サーボモータ及びボールネジ、アクチュエータとしてのシャフト式リニアモータ等を用いることができる。この場合、サーボモータ等、それ自身で、位置決め機能を有しているものは、当て止め手段、押し付け手段は必要ない。

以上説明したように、本発明によれば、パターン形成装置のヘッドユニット装置は、１つの移動軸を複数のヘッドユニットにより共用するので、装置規模を大きくすることなく、位置決め精度等を維持しつつ、塗布幅の拡大、変更等に対応することができ、装置製作費用等のコスト的負担、維持管理負担、調整等に係る労力的負担等を軽減することができる。また、装置の占有スペースの増大を抑制することができる。さらに、複数のヘッドユニットを用いることにより、迅速な処理を図ることができる。従って、調整機構及び制御機構を簡素化すると共にパターン形成を高精度かつ効率的に行うことができる。

尚、図２等の説明では、回転機構は、スライダとベースとの間に設けられるものとして説明したが、ベースと第１ヘッドユニットとの間に回転機構を設け、第１ヘッドユニット毎に回転位置決め制御を行うようにしてもよい。
また、インクの吐出は、インクジェットヘッドに限られず、例えば、ディスペンサ等を用いることもできる。
また、パターン形成装置のヘッドに関しては、インクジェットヘッドに限られず、レーザ照射ヘッド等、様々な加工装置を適用することができる。

以上、添付図面を参照しながら、本発明にかかるパターン形成装置等の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

パターン形成装置１の概略斜視図 ヘッドユニット装置２のＸ方向正面図 ヘッドユニット装置２のＹ軸移動機構１７の一態様を示す図 基板１０５におけるカラーフィルタ５１の面付けを示す図 第１ヘッドユニット５ｂの一態様を示す図 第１ヘッドユニット５ｃの一態様を示す図 従来のインクジェット方式のパターン形成装置におけるインクジェットヘッドの配置及び位置決め方法 従来のインクジェット方式のパターン形成装置におけるインクジェットヘッドの配置及び位置決め方法

符号の説明

１………パターン形成装置
２………ヘッドユニット装置
３−１、３−２、………ヘッドユニット
５………第１ヘッドユニット、
７………ヘッド
９………バー
１１………ベース
１３………回転機構
１５………スライダ
１６………スライドレール
１７………Ｙ軸移動機構
１９………ガントリ
２１………リニアモータ
２３………コイル
２５………マグネットプレート
２７………リニアスケールヘッド
２９………リニアスケール

Claims (6)

1. 基板に対してヘッドによる加工処理を行い、パターンを形成するパターン形成装置であって、
   スライド可能な少なくとも１つのヘッドが配置される、複数のヘッドユニットと、
   所定の方向に設けられる軸と、
   前記ヘッドユニット毎に設けられ前記軸に沿って移動する複数の移動部と、
   前記ヘッドを回転させる回転手段と、
   を具備し、
   前記軸の１つを前記複数のヘッドユニットにより共用することを特徴とするパターン形成装置。
2. 前記回転手段は、前記ヘッドユニット毎に設けられ、前記複数のヘッドユニットを個別に回転させることを特徴とする請求項１に記載のパターン形成装置。
3. 基板に対して加工処理を行うヘッドが配置されるヘッドユニットを制御するヘッドユニット装置であって、
   スライド可能な少なくとも１つのヘッドが配置される、複数のヘッドユニットと、
   所定の方向に設けられる軸と、
   前記ヘッドユニット毎に設けられ前記軸に沿って移動する複数の移動部と、
   前記ヘッドを回転させる回転手段と、
   を具備し、
   前記軸の１つを前記複数のヘッドユニットにより共用することを特徴とするヘッドユニット装置。
4. 前記回転手段は、前記ヘッドユニット毎に設けられ、前記複数のヘッドユニットを個別に回転させることを特徴とする請求項３に記載のヘッドユニット装置。
5. 基板に対して加工処理を行うヘッドが配置されるヘッドユニットを制御するヘッドユニット制御方法であって、
   前記ヘッドユニット毎に設けられる複数の移動部を介して、スライド可能な少なくとも１つのヘッドが配置される、複数のヘッドユニットを所定の方向に設けられる軸に沿って移動させる移動ステップと、
   前記ヘッドを回転させる回転ステップと、
   を具備し、
   前記軸の１つを前記複数のヘッドユニットにより共用すること特徴とするヘッドユニット制御方法。
6. 前記回転ステップは、前記複数のヘッドユニットを個別に回転させることを特徴とする請求項５に記載のヘッドユニット制御方法。

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